滚动轴承额定静载荷国际及国家标准演变

马素青，陈天驹，张浩，李琳

(1.洛阳轴承研究所有限公司，河南 洛阳 471039；2.河南科技大学 机电工程学院，河南 洛阳 471003；3.洛阳LYC轴承有限公司 大型轴承厂，河南 洛阳 471039；4.重庆理工大学 机械工程学院，重庆 400050)

经验表明，在大多数的应用场合中，轴承最大载荷滚动体和滚道接触中心处可以允许有滚动体直径0.000 1倍的总永久变形量，而不致于对轴承以后的运转产生有害影响。因此，将引起如此大小永久变形量的当量静载荷规定为轴承的额定静载荷。额定静载荷是必须在轴承样本中给出的一个重要参数，其直接影响轴承的选用、使用性能及寿命。

1 额定静载荷国际标准的演变

滚动轴承额定静载荷国际标准的标准代号为ISO 76，于20世纪50年代开始制订，先后经历了5次制、修订，现行的国际标准为ISO 76：2006。每个版本的制、修订过程及主要内容概述如下。

1.1 ISO/R 76-1958《球和滚子轴承额定静载荷的计算方法》

ISO/R 76是由ISO/TC4(国际标准化组织滚动轴承技术委员会)起草的推荐性标准，是基于瑞典Palmgren等人的研究报告制定的，其建设性定义为：额定静载荷与在应力最大的滚动体和滚道接触处产生0.000 1倍滚动体直径的总永久变形量相对应。

ISO/TC4于1953年9月在哥德堡召开的第3次会议上指定由德国、瑞典、美国组成工作组协助ISO/TC4秘书处起草建议稿，并分别于1955年5月在马德里、1956年9月在维也纳召开的会议上进行了讨论。1957年4月推荐草案发送到ISO各成员国，总成员国38家中28票赞成，ISO理事会于1958年11月决定接受其为ISO推荐标准。

1.2 ISO 76-1978《球和滚子轴承额定静载荷的计算方法》

1972年5月巴黎第13次会议上将专门研究额定载荷与寿命的第3工作组改为SC8分技术委员会。SC8秘书处于1973年在伦敦召开的第1次会议上建议将ISO/R 76的修订工作纳入到工作日程，并于1974年7月提交了建议草案。

SC8的8个成员国中6个以信函形式接受了建议草案，其余两成员国：日本建议做进一步研究，美国持反对意见。最终DIS 76(国际标准草案)被提交到ISO中央秘书处，经ISO成员国的认可，于1978年7月接受其为国际标准，即ISO 76-1978。

ISO 76-1978没有进行实质性的修改，主要改动为：(1)用国际计量单位N代替了英制和kg·mm单位制，并对其全部计量单位进行了修改；(2)表2中增加了公称接触角为15°和45°的角接触球轴承的X0和Y0值。

1.3 ISO 76：1987《滚动轴承 额定静载荷》

在ISO/R 76-1958修订过程中，美国于1975年提出了反对意见，认为额定静载荷的计算应基于接触应力。ISO中央秘书处就该问题在TC4的几次会议中进行了磋商。

会议决议以及TC4成员国、SC8成员国所提意见都表明需要一个合适的ISO 76标准，同意对采用永久变形量还是应力水平作为额定静载荷基础的这个问题做进一步的研究，此后的研究均基于美国N75号修正案而进行。

美国N75号修正案与ISO 76-1978之间的主要区别有以下几个方面：

(1)ISO 76对额定静载荷的传统定义为：在最大应力的滚动体和滚道接触处产生0.000 1倍滚动体直径的总永久变形时的轴承静载荷；而美国建议取为产生4 000 MPa的最大接触应力的轴承载荷；

(2)关于调心球轴承和滚子轴承额定静载荷计算公式和计算数值，在实际使用的滚动轴承的尺寸系列和尺寸范围内，美国建议给出的调心球轴承C0值约为ISO 76值的0.45～0.6倍；滚子轴承C0值约为ISO 76值的1.6～2.2倍；

(3) 在ISO 76中f0系数对每一种轴承来说，都取其固定值；而美国建议f0系数随着Dwcosα/Dpw或Dwecosα/Dpw的变化而变化。

最终接受美国建议，在额定静载荷定义方面，对滚子轴承应力水平为4 000 MPa，但调心球轴承的应力水平为4 600 MPa，其他类型的球轴承的应力水平为4 200 MPa。为符合大多数成员国的意见更加明白易懂，并且轴承性能与接触表面之间的变形的确有关，该定义还增加一个注解：在静载荷条件下，这些接触应力系指引起滚动体与滚道产生总永久变形量约为滚动体直径的0.000 1倍时的应力。

DIS 76于1985年提交到ISO中央秘书处，经ISO成员国的认可，于1987年2月接受其为国际标准，即ISO 76：1987。

1.4 ISO 76：1987/Amd.1：1999《滚动轴承 额定静载荷修改单1：附录A——基本额定静载荷计算中的间断点》修改单

1994年7月ISO中央秘书处和ISO/TC4/SC8秘书处以N178号文件提出：在ISO 76标准中，向心轴承和推力轴承的计算方法之间存在差别。与接触角有关的C0/P0在α=45°时，存在不连续性，而不连续性是由不同的计算方法造成的。因此秘书处想纠正该不连续性，征求意见为：(1)是否有兴趣在国际间解决这个问题？(2)在这方面都已经开始采取了哪些措施？

对该文件只有澳大利亚投了反对票，英国、日本、奥地利、美国和波兰等国同意修改，意大利同意，但又觉得修改标准意见不太充分，建议给出一个资料性附录。1995年10月在日本横滨召开的SC8年会上，对于额定载荷计算中的不连续性作出了76号决议，采纳了SC8多数成员国的意见，增加ISO 76的资料性附录，用于解释N178号文件中着重强调的不连续性。

1996年3月瑞典起草了一份工作草案即N212号文件，该草案解释了不连续性的主要原因：一是球和套圈之间密合度对C0值的影响，ISO标准是建立在正常使用的密合度情况下，推力轴承比向心轴承所要求的密合度低，所以它们所能承受的额定载荷值相对低一些；二是计算径向角接触球轴承Y系数的方法不同，对于常规标准设计的轴承，按ISO标准规定的计算方法进行计算是有效的，所以瑞典认为没有必要修改标准，可将修改单作为标准的资料性附录，在附录中给出计算接触角α>45°的角接触球轴承C0值的简便方法。

草案最后结论为：(1)对于α=45°的角接触球轴承，首先按向心轴承计算，然后按推力轴承计算，C/P值将提高大约40%；(2)对于接触角α=45°，Dwcosα/Dpw=0.18，密合度较大的轴承，按向心轴承计算的C值与重新按推力轴承计算的C值比较，将增加24%。在上述的40%当中，24%取决于密合度，其余取决于当量载荷的计算方法；(3)额定静载荷的比较，对于45°角接触球轴承，承受纯轴向载荷时，C0/P0的不连续性几乎全部取决于向心和推力轴承不同的密合度，证明过程可参见GB/T 4662—2012《滚动轴承 额定静载荷》附录A中的第A.5节。

在N212号文件的基础上，根据返回的意见于1998年2月形成了ISO 76：1987/Damd1(修改单草案)，但在将其作为一项技术规范(TS)，还是作为标准的修改单上产生了分歧，最终中央秘书处决定将其作为标准的修改单，并于1999年6月形成了ISO 76：1987/FDamd1(修改单报批稿)，1999年11月形成了正式的标准文本，即ISO 76：1987/Amd.1:1999。

1.5 ISO 76:2006《滚动轴承 额定静载荷》

2002年8月，SC8秘书处对ISO 76：1987标准进行了复审，22家P成员国中16家进行了投票，其中：中、捷、日、英、瑞典、瑞士、德、法、俄提出修订，7国表示确认。根据2002年10月的复审投票结果，决定对ISO 76：1987进行修订。

提出修订的多数国家建议技术上不做大的改动，但标题、术语和表达方式等内容应符合新的ISO导则的编写规定，并将修改单ISO 76/Amd.1：1999纳入ISO 76标准中使其更加完善。

2004年6月提出CD(委员会草案)，征求各成员国意见，其中9家赞成，12家未投票，1家反对。2004年11月提出DIS，征求各成员国意见，其中18家赞成(3家含意见)。2005年8月提出FDIS(国际标准报批稿)，2006年5月1日发布正式标准ISO 76:2006。

2 滚动轴承额定静载荷国家标准的演变

滚动轴承额定静载荷国家标准GB/T 4662为推荐性标准，于1984年首次制定，先后经历了4次制、修订。现行的国家标准为GB/T 4662―2012。

2.1 GB 4662—1984《滚动轴承 额定静载荷》

20世纪80年代由于我国尚未对滚动轴承的额定静载荷进行系统的研究，特别是缺乏充分的试验依据，原一机部科技工作会议又要求滚动轴承等基础件应在1983年采用国际标准，滚动轴承额定静载荷国家标准就是根据上级关于先制定标准，后进行验证的指示精神，开始了首次制订，并且按照积极采用国际标准的政策等效采用了ISO 76-1978，对其仅做了一些编辑性的修改。

2.2 GB/T 4662：1993《滚动轴承 额定静载荷》

1993年对滚动轴承额定静载荷标准进行了第一次修订，等效采用了ISO 76:1987，与84版标准相比改动较大，主要改动为：(1)对额定静载荷定义做了修改。84版标准是从允许的最大永久变形量出发，93版标准则是以在受载最大的滚动体与套圈滚道接触处产生的总塑性变形量为滚动体直径的万分之一左右时对应的接触应力为基础；(2)引入f0系数，84版标准则认为f0仅是与轴承类型有关的一个常数；93版标准对深沟球轴承、角接触球轴承、调心球轴承、推力球轴承在计算径向(轴向)额定静载荷时引入不同的f0系数。(3)对于滚子轴承，84版标准规定C0值是按在滚子端部引起的变形量进行计算的，93版标准将参考点从滚子端部移至滚子与滚道接触中心处，这是由于已经普遍采用带凸度的修形滚子。

2.3 GB/T 4662—2003《滚动轴承 额定静载荷》

1999年ISO/TC4/SC8额定载荷与寿命专业委员会针对ISO 76:1987提出了一项修改单ISO 76/Amd.1∶1999，该修改单指出在ISO 76标准中将一套接触角α=45°的轴承看作是向心轴承时和将其看作是推力轴承时，在轴向额定静载荷的计算中存在一个间断点，需统一计算方法。根据该修改单，对该标准再次做了修订，即GB/T 4662—2003版本。这次修订等同采用了ISO 76：1987，并将其修改单ISO 76/Amd.1∶1999放入附录中。

2.4 GB/T 4662—2012《滚动轴承 额定静载荷》

GB/T 4662—2012等同采用ISO 76：2006《滚动轴承 额定静载荷》，与2003版标准相比主要改动有以下几个方面：

(1)修改了 “范围”， 在条文中增加了“……采用当代常用优质淬硬轴承钢……”或“……表面进行过处理或涂敷……”，此外，还增加了在重载荷条件下静安全系数的确定。

(2)为与ISO 281《滚动轴承 额定动载荷和额定寿命》(即GB/T 6391)协调一致，表2向心球轴承的X0和Y0值中增加了α=5°和α=10°档的载荷系数值。

(3)“角接触沟型球轴承”改为“角接触球轴承”。

(4)增加了对“静安全系数”的要求。静安全系数即基本额定静载荷与当量静载荷之比。表示阻止滚动体和滚道上产生不允许的永久变形的安全裕度。该定义最早是由英国提出的，经过SC8秘书处确认最终纳入到国际标准中。本次修订参照国际标准在标准的范围、术语和定义、符号及第9章中规定了静安全系数的内容。

(5)增加了对向心滚子轴承的径向基本额定静载荷计算公式((7)式)和单、双向推力滚子轴承的轴向基本额定静载荷计算公式((11)式)的说明。表1球轴承的f0值中的表注规定了用于计算球轴承f0系数的弹性模量、泊松比和载荷分布，这些数据同样适用于滚子轴承C0a，C0r的计算，虽然ISO/TR 10657：1991《对ISO 76的注释》中包含了这个数据，但是GB/T 4662一般的使用者不一定看得到ISO/TR 10657。为了更完整和透明，该数据也应在关于滚子轴承的章节中规定。新国标GB/T 4662—2012在(7)式、(11)式中分别增加一个注释：此公式是建立在与表1注中给出的弹性模量、泊松比和滚动体载荷分布相同的基础上给出的。

(6)在GB/T 4662—2012的5.1径向基本额定静载荷和6.1轴向基本额定静载荷中增加对ISO/TR 10657：1991《对ISO 76的注释》的引用，用于说明如何考虑加大的沟曲率半径对承载能力的影响。

新版GB/T 4662—2012《滚动轴承 额定静载荷》于2012年11月5日批准发布，实施日期为2013年3月1日。GB/T 4662—2012自发布实施之日起，废止现行标准GB/T 4662—2003《滚动轴承 额定静载荷》。